柔性加热膜及其模切加工方法与设备与流程

本发明特别涉及一种柔性加热膜及其模切加工方法与设备，属于加工制造技术领域。

背景技术：

柔性加热膜是一种可挠性的加热材料，根据绝缘材料的材质不同一般可分为聚酰亚胺(pi)加热膜、硅橡胶加热膜和聚酯(pet)加热膜等类型；根据发热材料不同又可分为金属丝加热膜、蚀刻金属片加热膜、电阻浆料加热膜、碳膜(一般指碳晶、石墨烯、碳纳米管)加热膜等多种。柔性加热膜具有轻薄、柔软、便于安装、加热速度快等优点、目前已广泛应用于设备、管道、医疗器械、汽车、动力电池、智能穿戴等诸多领域。

传统柔性加热膜的制作工艺为片对片生产，即将加热膜所用原材料切成片材，经打孔、对位、布线、贴合、压合、冲切等多个工序制成成品，生产工艺复杂，且效率及良率低下；另外，大多数柔性加热膜多涉及蚀刻工艺，即将金属箔经压干膜、曝光、显影、蚀刻、清洗等工艺蚀刻成所需线路，工艺复杂且不环保。已有卷对卷蚀刻工艺可一定程度上改善生产效率，但蚀刻后仍需多道手工工序完成加热膜的制作，良率无法保证，且仍无法解决环境污染问题。

目前各行各业对柔性加热膜的需求与日俱增，例如新能源汽车轻量化的市场需求，必须要求使用轻薄的加热材料；柔性穿戴产品也成为当下一种潮流时尚，加热服装、加热护膝等产品受到消费者越来越多的青睐。因此，亟待开发一种柔性加热膜及可规模化、环保化的制造方法。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种柔性加热膜及其模切加工方法与设备，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种柔性加热膜，其包括：第一绝缘层、第二绝缘层以及封装于第一绝缘层和第二绝缘层之间的图案化金属电极；

或者，所述柔性加热膜包括第一绝缘层、第二绝缘层以及封装于第一绝缘层和第二绝缘层之间的碳膜和图案化金属电极，所述碳膜与图案化金属电极欧姆接触。

本发明实施例还提供了一种卷对片连续生产设备，用于制备所述柔性加热膜，所述卷对片连续生产设备包括圆刀模切机以及安装于圆刀模切机上的第一模切机构、第二模切机构、第一复合机构、第三模切机构和第二复合机构；

所述第一复合机构至少用于将图案化金属电极和第一绝缘层叠层设置，所述第三模切机构至少用于对第二绝缘膜进行模切形成第二绝缘层，所述第二复合机构至少用于将第一绝缘层和第二绝缘层结合，从而将图案化金属电极封装于第一绝缘层和第二绝缘层之间以形成所述柔性加热膜。

本发明实施例还提供了一种柔性加热膜的模切加工方法，其包括：

提供所述的卷对片连续生产设备，

采用金属电极模切刀模对金属电极进行模切处理形成图案化金属电极、采用电极提废刀模将多余的金属电极与图案化金属电极分离、采用第一绝缘膜模切刀模对第一绝缘膜进行模切处理形成第一绝缘层、采用第二绝缘层模切刀模对第二绝缘膜进行模切处理形成第二绝缘层，并使图案化金属电极与第一绝缘层叠层通过复合辊，使所述第一绝缘层与第二绝缘层通过加热复合辊结合形成一体结构，以将所述图案化金属电极封装于第一绝缘层与第二绝缘层之间，进而形成所述的柔性加热膜。

与现有技术相比，本发明实施例提供的柔性加热膜蚀刻电阻丝加热膜对比，其精度和产品尺寸主要取决于刀模加工精度和刀模直径及宽幅，与蚀刻电阻丝工艺不同，加工精度及尺寸受限于丝印网板尺寸及蚀刻工序，因此该工艺在线宽精度和尺寸方面有明显优势，且无需经过复杂的蚀刻工艺即可实现加热膜的批量生产，这样可避免蚀刻所带来的污染及成本高问题；本发明实施例还提供了所述柔性加热膜的模切加工方法，该方法可实现柔性加热片的卷对片连续生产，整个过程无需人工操作，自动化程度高。

附图说明

图1是本发明一典型实施案例中一种电阻丝加热膜的结构示意图；

图2是本发明一典型实施案例中一种碳膜加热膜的结构示意图；

图3是本发明一典型实施案例中一种碳膜加热膜的照片；

图4是本发明一典型实施案例中一种电阻丝加热膜的照片；

图5是本发明一典型实施案例中一种卷对片连续生产设备的结构示意图；

图6是本发明一典型实施案例中一种柔性加热膜的模切加工过程示意图。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明实施例提供了一种柔性加热膜，其包括：第一绝缘层、第二绝缘层以及封装于第一绝缘层和第二绝缘层之间的图案化金属电极；

或者，所述柔性加热膜包括第一绝缘层、第二绝缘层以及封装于第一绝缘层和第二绝缘层之间的碳膜和图案化金属电极，所述碳膜与图案化金属电极欧姆接触。

进一步的，所述图案化金属电极包括图案化的金属铜箔、铝箔、镍箔、镀镍铜箔、软性铜箔基材中的任意一种或由金属铜箔、铝箔、镍箔、镀镍铜箔、软性铜箔基材中的任意一种形成的胶带，但不限于此。

优选的，所述图案化金属电极的厚度为5-100μm。

进一步的，所述第一绝缘层和第二绝缘层包括聚酰亚胺薄膜、聚酰亚胺覆盖膜、聚酯薄膜、聚酯覆盖膜、硅胶、半硫化硅橡胶、无纺布、热衬布中的任意一种，但不限于此。

优选的，所述第一绝缘层和第二绝缘层的厚度均为10-1000μm。

进一步的，所述第一绝缘层和第二绝缘层一体设置。

进一步的，所述碳膜包括绝缘材料层以及以丝印、涂布中的任意一种方式成膜于绝缘材料层上的碳晶、石墨烯或碳纳米管。

优选的，所述绝缘材料层包括pi绝缘材料层，但不限于此。

进一步的，所述图案化金属电极与碳膜相对设置的一侧表面还贴合有导电胶膜。

优选的，所述导电胶膜主要应用于多个导电体的垂直方向连接，表面电阻为30～500mω/sq，所述导电胶膜的材质包括含有导电颗粒的环氧树脂热固性树脂膜，例如可选自拓自达cbf300或其替代品。

优选的，所述导电胶膜的厚度为30～50um。

本发明实施例还提供了一种卷对片连续生产设备，用于制备所述柔性加热膜，所述卷对片连续生产设备包括圆刀模切机以及安装于圆刀模切机上的第一模切机构、第二模切机构、第一复合机构、第三模切机构和第二复合机构；

所述第一复合机构至少用于将图案化金属电极和第一绝缘层叠层设置，所述第三模切机构至少用于对第二绝缘膜进行模切形成第二绝缘层，所述第二复合机构至少用于将第一绝缘层和第二绝缘层结合，从而将图案化金属电极封装于第一绝缘层和第二绝缘层之间以形成所述柔性加热膜。

进一步的，所述第一模切机构包括用于对金属电极进行模切的金属电极模切刀模以及用于分离模切产生的废料的电极提废刀模；所述第二模切机构包括用于对第一绝缘膜进行模切的第一绝缘膜模切刀模；所述第三模切机构包括用于对第二绝缘膜进行模切的第二绝缘膜模切刀模；所述第一复合机构包括复合辊；所述第二复合机构包括加热复合辊。

在一些较为具体的实施方案中，所述的卷对片连续生产设备还包括第四模切机构，其设置于第一复合机构和第三模切机构之间，并至少用于对碳膜进行模切。

优选的，所述第四模切机构包括碳膜模切刀模和碳膜提废刀模。

优选的，所述碳膜模切刀模包括碳膜外形刀模及碳膜开孔刀模。

在一些较为具体的实施方案中，所述的卷对片连续生产设备还包括用于将柔性加热膜形成目标形状的外形刀模。

进一步的，所述金属电极模切刀模、第一绝缘膜模切刀模、第二绝缘膜模切刀模、碳膜模切刀模均为圆刀模具。

进一步的，所述圆刀模具的导线精度为±10μm。

优选的，所述金属电极模切刀模的线宽≥1mm。

本发明实施例还提供了一种柔性加热膜的模切加工方法，其包括：

提供所述的卷对片连续生产设备，

采用金属电极模切刀模对金属电极进行模切处理形成图案化金属电极、采用电极提废刀模将多余的金属电极与图案化金属电极分离、采用第一绝缘膜模切刀模对第一绝缘膜进行模切处理形成第一绝缘层、采用第二绝缘层模切刀模对第二绝缘膜进行模切处理形成第二绝缘层，并使图案化金属电极与第一绝缘层叠层通过复合辊，使所述第一绝缘层与第二绝缘层通过加热复合辊结合形成一体结构，以将所述图案化金属电极封装于第一绝缘层与第二绝缘层之间，进而形成所述的柔性加热膜。

在一些较为具体的实施方案中，所述的模切加工方法还包括：采用碳膜模切刀模对碳膜进行模切处理、采用碳膜提废刀模将多余的碳膜分离、并使模切后的碳膜与图案化金属电极形成欧姆接触。

进一步的，所述碳膜包括绝缘材料层以及以丝印、涂布中的任意一种方式成膜于绝缘材料层上的碳晶、石墨烯或碳纳米管。

优选的，所述绝缘材料层包括pi绝缘材料层，但不限于此。

进一步的，所述图案化金属电极与碳膜相对设置的一侧表面还贴合有导电胶膜。

优选的，所述导电胶膜主要应用于多个导电体的垂直方向连接，表面电阻为30～500mω/sq，所述导电胶膜的材质包括含有导电颗粒的环氧树脂热固性树脂膜，例如可选自拓自达cbf300或其替代品。

优选的，所述导电胶膜的厚度为30～50um。

进一步的，所述加热复合辊的加热温度为80-150℃，贴合压力为1-20kg。

进一步的，所述图案化金属电极的模切线宽精度＜±10μm。

优选的，所述电阻丝模切线宽精度＜±10um。

进一步的，所述的模切加工方法还包括：至少通过打孔、涂布图案中的任意一种方式调节碳膜的电阻。

如下将结合附图以及具体实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明

请参阅图1，在一些较为具体的实施方案中，一种柔性加热膜可以是电阻丝加热膜，所述电阻丝加热膜主要由图案化金属电极(即电阻丝电极)4以及置于该电极两侧的上盖膜1和下盖膜5(即第一绝缘层和第二绝缘层)组成，上盖膜1和下盖膜5为一体结构，图案化金属电极4被封装于上盖膜1和下盖膜5之间。

请参阅图2，在另一些较为具体的实施方案中，一种柔性加热膜还可以是碳膜加热膜，碳膜加热膜主要由碳膜2、与碳膜欧姆接触的图案化金属电极4、设置于碳膜2和图案化金属电极4之间的导电胶膜3和置于碳膜/金属电极两侧的上盖膜1和下盖膜5(即第一绝缘层和第二绝缘层)组成。

进一步的，碳膜可以是经丝印、涂布中的任意一种方式成膜于pi绝缘材料层上的碳晶、石墨烯或碳纳米管。

更进一步的，所述碳膜可通过打孔、涂布图案等工艺调整电阻大小。

尤为优选的，为保证碳膜与金属电极的欧姆接触，金属电极表面(即在碳膜和金属电极相对设置的结合面)可贴合导电胶膜。

优选的，所述图案化金属电极模切线宽精度＜±10um。

所述图案化金属电极包括图案化的图案化的铜箔、铝箔、镍箔、镀镍铜箔、软性铜箔基材中的任意一种或由铜箔、铝箔、镍箔、镀镍铜箔、软性铜箔基材中的任意一种形成的胶带，但不限于此；

进一步的，图案化金属电极的厚度由产品设计决定，一般为5～100um。

具体的，所述图案化金属电极加工工艺为圆刀卷对片模切工艺。

具体的，所述绝缘膜包括上盖膜(即第一绝缘层)和下盖膜(即第二绝缘层)，绝缘膜包括聚酰亚胺(pi)薄膜、pi覆盖膜、(聚酯)pet薄膜、pet覆盖膜、硅胶、半硫化硅橡胶、无纺布、热衬布等，但不限于此。

进一步的，所述上盖膜和下盖膜的厚度均为10～1000um；

进一步的，所述pi覆盖膜、pet覆盖膜、半硫化硅橡胶及热衬布在80～200℃下胶层软化，可实现粘结目的。

本发明实施例提供的电阻丝加热膜与蚀刻电阻丝加热膜对比，在线宽精度和尺寸方面有明显优势，且无需经过复杂的蚀刻工艺即可实现加热膜的批量生产，这样可避免蚀刻所带来的污染及成本高问题。

请参阅图5，本发明实施例还提供的柔性加热膜的模切加工方法是基于卷对片连续生产设备进行的，所述卷对片连续生产设备包括圆刀模切机、定制化的圆刀模具(包括图案化金属电极模切刀模、电极提废刀模、上/下绝缘层模切刀模(即第一绝缘层模切刀模和第二绝缘层膜模切刀模)及成品外形刀模)及加热复合辊。

具体的，一种用于制作电阻丝加热膜的卷对片连续生产设备包括圆刀模切机以及安装于圆刀模切机上的第一模切机构10、第二模切机构11、第一复合机构12、第三模切机构13、第二复合机构14以及成品外形加工机构15。

更为具体的，所述第一模切机构10包括用于对电极材料进行放料的电极放料辊101、沿电极材料的行进方向设置的图案化金属电极模切刀模102、沿电极材料的行进方向设置的电极废料提废刀模102、用于收集废弃电极材料的电极废料辊103；第二模切机构11包括用于对第一绝缘膜进行放料的第一绝缘膜放料辊105、沿第一绝缘膜的行进方向设置的第一绝缘膜模切刀模(图中未示出)，第一复合机构12包括两个相对设置的复合辊106，第三模切机构12包括用于对第二绝缘膜进行放料的第二绝缘膜放料辊107、沿第二绝缘膜的行进方向设置的第二绝缘膜模切刀模108，第二复合机构14包括用于将第一绝缘层和第二绝缘层加热结合从而将图案化金属电极封装于第一绝缘层和第二绝缘层之间以形成电阻丝加热膜的两个相对设置的加热复合辊109，成品外形加工机构15包括沿电阻丝加热膜行进方向设置的成品外形刀模110。

具体的，一种用于制作碳膜加热膜的卷对片连续生产设备包括圆刀模切机以及安装于圆刀模切机上的第一模切机构10、第二模切机构11、第四模切机构16、第一复合机构12、第三模切机构13、第二复合机构14以及成品外形加工机构15。

更为具体的，所述第一模切机构10包括用于对电极材料进行放料的电极放料辊101、沿电极材料的行进方向设置的图案化金属电极模切刀模102、沿电极材料的行进方向设置的电极废料提废刀模102、用于收集废弃电极材料的电极废料辊103；第二模切机构11包括用于对第一绝缘膜进行放料的第一绝缘膜放料辊105、沿第一绝缘膜的行进方向设置的第一绝缘膜模切刀模(图中未示出)，第四模切机构16包括用于对碳膜进行放料的碳膜放料辊111、沿碳膜的行进方向设置的碳膜模切刀模113、碳膜提废刀模(图中未示出)、用于收集废弃碳膜的碳膜废料辊112；第一复合机构12包括两个相对设置的复合辊106，第三模切机构12包括用于对第二绝缘膜进行放料的第二绝缘膜放料辊107、沿第二绝缘膜的行进方向设置的第二绝缘膜模切刀模108，第二复合机构14包括用于将第一绝缘层和第二绝缘层加热结合从而将图案化金属电极和碳膜封装于第一绝缘层和第二绝缘层之间以形成电阻丝加热膜的两个相对设置的加热复合辊109，成品外形加工机构15包括沿电阻丝加热膜行进方向设置的成品外形刀模110。

进一步的，为保证连续稳定生产，工艺中需使用多种托底膜和提废膜；所述托底膜和提废膜为pet硅胶保护膜、pet亚克力保护膜、pe保护膜等。

更进一步的，所述提废膜与托底膜剥离力选择由工艺决定，剥离力范围一般为1～50kgf，且提废膜剥离力大于托底膜剥离力。

进一步的，所述圆刀模切机工位数(每个工位即一个功能区，其可以包括模切刀模、外形刀模、料辊等)由产品长度及产品类型决定，优选的8～20工位。

进一步的，所述柔性加热膜的生产速度为20～100pcs/min。

进一步的，所述圆刀模切机的宽幅由产品宽度决定，宽度≤250mm的产品使用250mm宽标准圆刀机，宽度＞250mm的产品可根据产品时间宽幅定制非标设备；一般情况下，圆刀机可生产宽幅小于等于圆刀机宽幅的任意产品。

进一步的，所述定制化的圆刀模具一般包括：图案化金属电极模切刀模、电极提废刀模、上/下绝缘层模切刀模(即第一绝缘层模切刀模和第二绝缘层膜模切刀模)及成品外形刀模。

进一步的，所述圆刀模具根据加热膜尺寸及形状进行调整。

进一步的，所述圆刀模具的材质一般为不锈钢并经退火处理，表面硬度≥60度，使用寿命≥10000h。

进一步的，所述圆刀模具的刀线精度为±10um。

进一步的，所述图案化金属电极模切刀模的线宽≥1mm。

特别说明的，针对碳膜加热膜(碳晶、石墨烯及碳纳米管等)产品，需增加碳膜模切刀模。

更进一步的，所述碳膜模切刀模包括碳膜外形刀模及碳膜开孔刀模。

进一步的，所述加热复合辊至少用于将上盖膜和下盖膜经加热辊粘合为一体结构。

更进一步的，所述加热复合辊加热温度为80～150℃，贴合压力为1～20kg；

进一步的，所述柔性加热膜经多工位圆刀模切机、加热辊贴合、卷对片切片后，片材在经过传压机或快压机压合后可制得柔性加热膜成品。

进一步的，所述传压机或快压机的压合温度为130～200℃，压力为50～200kg。

本发明实施例还提供了一种柔性加热膜的模切加工方法，该方法可实现柔性加热片的卷对片连续生产，整个过程无需人工操作，自动化程度高。

请参阅图6，一种柔性加热膜的模切加工方法，其包括：

提供所述的卷对片连续生产设备，

采用金属电极模切刀模对金属电极进行模切处理形成图案化金属电极、采用电极提废刀模将多余的金属电极与图案化金属电极分离、采用第一绝缘膜模切刀模对第一绝缘膜进行模切处理形成第一绝缘层、采用第二绝缘层模切刀模对第二绝缘膜进行模切处理形成第二绝缘层，并使图案化金属电极与第一绝缘层叠层通过复合辊，使所述第一绝缘层与第二绝缘层通过加热复合辊结合形成一体结构，以将所述图案化金属电极封装于第一绝缘层与第二绝缘层之间，进而形成所述的柔性加热膜，制备形成的电阻丝加热膜的照片如图4所示。

在一些较为具体的实施方案中，所述的模切加工方法还包括：采用碳膜模切刀模对碳膜进行模切处理、采用碳膜提废刀模将多余的碳膜分离、并使模切后的碳膜与图案化金属电极形成欧姆接触；制备形成的碳膜加热膜的照片如图3所示。

本发明提供的方法利用多工位圆刀机及根据产品尺寸特殊定制的多套圆刀刀模，同时模切上盖膜、金属电极、碳膜、下盖膜，同步完成加热贴合及外形模切；本发明提供的方法自动化程度高，产能大幅提升的同时，避免加热膜内异物污染，大幅提升良率，能够规模化制造柔性加热膜。

实施例1

柔性电阻丝加热膜模切制作：

1.根据设计要求选择物料：上/下盖膜均使用100umpi覆盖膜，复合3gf剥离力的pet硅胶托底膜；电极(金属电极)使用18um铜箔复合3gf剥离力的pet硅胶托底膜；

2.根据设计图纸开刀模：图案化金属电极模切刀模、电极提废刀模、上/下盖膜模切刀模及成品外形刀模并安装于圆刀机上；

3.模切加工：材料经各圆刀模切固定尺寸，经加热辊120℃贴合，经外形刀模模切成成品结构，模切速度10m/min；

4.模切结果：测量外形尺寸及加热膜内阻，其加热内阻的设计值为2.60ω，实际测量值为2.61ω。

实施例2

柔性碳膜加热膜模切制作：

1.根据设计要求选择物料：上盖膜使用100umpi覆盖膜，下盖膜使用50umpi覆盖膜，均复合3gf剥离力的pet硅胶托底膜；电极使用18um铜箔复合3gf剥离力的pet硅胶托底膜；碳膜使用复合设计要求的碳纳米管导电膜；

2.根据设计图纸开刀模：图案化金属电极模切刀模、电极提废刀模、碳膜模切刀模、上/下盖膜模切刀模及成品外形刀模并安装于圆刀机上；

3.模切加工：材料经各圆刀模切固定尺寸，经加热辊120℃贴合，经外形刀模模切成成品结构，模切速度8m/min；

4.模切结果：测量外形尺寸及加热膜内阻，其加热内阻的设计值为7.55ω，实际测量值为7.51ω。

实施例3

智能服装加热膜模切制作：

1.根据设计要求选择物料：上/下盖膜均使用100um热衬布，复合3gf剥离力的pet硅胶托底膜；电极使用18um铜箔复合3gf剥离力的pet硅胶托底膜；碳膜使用复合设计要求的碳纳米管导电膜；

2.根据设计图纸开刀模：图案化金属电极模切刀模、电极提废刀模、碳膜模切刀模、上/下盖膜模切刀模及成品外形刀模并安装于圆刀机上；

3.模切加工：材料经各圆刀模切固定尺寸，经加热辊120℃贴合，经外形刀模模切成成品结构，模切速度8m/min；

4.模切结果：测量外形尺寸及加热膜内阻，其加热内阻的设计值为1.70ω，实际测量值为2.71ω。

与现有技术相比，本发明实施例提供的柔性加热膜与蚀刻电阻丝加热膜对比，在线宽精度和尺寸方面有明显优势，且无需经过复杂的蚀刻工艺即可实现加热膜的批量生产，这样可避免蚀刻所带来的污染及成本高问题；本发明实施例还提供了一种柔性加热膜的模切加工方法，该方法可实现柔性加热片的卷对片连续生产，整个过程无需人工操作，自动化程度高。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。